KR102025812B1 - Biosensor comprising porous conduction structure - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 의한 바이오 센서는 타겟을 포함하는 유체(fluid)가 흐르는 채널(channel)과, 유체 내의 타겟과 특이적으로 반응하는 프로브(probe)를 포함하고, 채널 내에 배치되어 유체가 스며들 수 있도록 다공성(porosity)을 가지는 다공성 전도체 및 다공성 전도체와 전기적으로 연결된 전극을 포함하며, 채널의 적어도 일부는 다공성 전도체에 의하여 메워진다.The biosensor according to the present exemplary embodiment includes a channel through which a fluid including a target flows, and a probe that reacts specifically with the target in the fluid, and is disposed in the channel so that the fluid can penetrate the fluid. A porous conductor having a porosity, and an electrode electrically connected to the porous conductor, wherein at least a portion of the channel is filled by the porous conductor.

Figure R1020170164180
Figure R1020170164180

Description

다공성 전도체를 포함하는 바이오 센서{BIOSENSOR COMPRISING POROUS CONDUCTION STRUCTURE}Biosensor with porous conductors {BIOSENSOR COMPRISING POROUS CONDUCTION STRUCTURE}

본 기술은 다공성 구조물을 포함하는 바이오 센서에 관한 것이다.The present technology relates to a biosensor comprising a porous structure.

바이오 센서를 포함하는 종래 대부분의 센서는 타겟 혹은 타겟을 포함한 유체(fluid)와 평면상으로 접촉하고 평면상에서 검출하고자 하는 타겟과 반응이 이루어진다. Most conventional sensors, including biosensors, are in plane contact with a target or fluid containing the target and react with the target to be detected on the plane.

종래 대부분의 센서는 타겟과의 반응을 촉진하도록 타겟과 반응하는 표면에 6-arm-PEG, 나노파티클(nanoparticles) 및 덴드라이트(dendrite) 등의 반응 가지를 증가 시키는 다양한 표면처리를 수행하였다. 그러나, 이러한 표면 처리는 반응 단계의 복잡성 증대, 제조 단가 상승 및 대량 생산의 불가능 등의 문제점이 존재한다. 또한 CNT 등의 나노구조물을 이용하기도 하나, 나노구조물의 경우 마이크로 규격의 측정 환경이 필요하며, 높은 정확도를 요구하는 생산 환경을 요구하여 대량 생산이 곤란하다는 문제점이 있다. 또한 마이크로 사이즈의 형태 이상으로 형성하는 경우 수십 나노미터의 비검출 대상물들이 물리적으로 흡착되는 현상이 높아져 비특이성이 높은 단점이 있다.Most of the conventional sensors have been subjected to various surface treatments to increase the reaction branches, such as 6-arm-PEG, nanoparticles (nanoparticles) and dendrite (dendrite) on the surface to react with the target to promote the reaction with the target. However, these surface treatments have problems such as increased complexity of the reaction step, increased manufacturing cost, and impossibility of mass production. In addition, one may use nanostructures such as CNTs, but in the case of nanostructures, a micro-standard measurement environment is required, and a mass production is difficult due to a production environment requiring high accuracy. In addition, when formed in the form of a micro-size or more, the phenomenon that the non-detecting objects of several tens of nanometers is physically increased has a disadvantage of high non-specificity.

본 기술은 상기한 종래 기술의 단점을 해소하기 위한 것이다. 즉, 본 실시예는 대량 생산이 용이하며 반응 표면적이 넓어 민감도가 높은 바이오센서를 제공하기 위한 것으로, 나아가 종래 기술에 비하여 제조 단가가 낮고, 양산성이 우수한 바이오 센서를 제공하기 위한 것이다.The present technology is intended to solve the above disadvantages of the prior art. That is, the present embodiment is to provide a biosensor that is easy to mass-produce and has a high response surface area and high sensitivity, and further, to provide a biosensor having low manufacturing cost and excellent mass productivity compared to the prior art.

본 실시예에 의한 바이오 센서는 타겟을 포함하는 유체(fluid)가 흐르는 채널(channel)과, 유체 내의 타겟과 특이적으로 반응하는 프로브(probe)를 포함하고, 채널 내에 배치되어 유체가 스며들 수 있도록 다공성(porosity)을 가지는 다공성 전도체 및 다공성 전도체와 전기적으로 연결된 전극을 포함하며, 채널의 적어도 일부는 다공성 전도체에 의하여 메워진다.The biosensor according to the present exemplary embodiment includes a channel through which a fluid including a target flows, and a probe that reacts specifically with the target in the fluid, and is disposed in the channel so that the fluid can penetrate the fluid. A porous conductor having a porosity, and an electrode electrically connected to the porous conductor, wherein at least a portion of the channel is filled by the porous conductor.

본 실시예에 의한 바이오 센서는 타겟을 포함하는 유체(fluid)가 흐르는 채널(channel)과, 유체 내의 타겟과 특이적으로 반응하는 프로브(probe)를 포함하고, 채널 내에 배치되어 유체가 스며들 수 있도록 다공성(porosity)을 가지는 다공성 전도체 및 다공성 전도체와 전기적으로 연결된 전극을 포함하며, 다공성 전도체의 일면은 채널 내에 노출된다.The biosensor according to the present exemplary embodiment includes a channel through which a fluid including a target flows, and a probe that reacts specifically with the target in the fluid, and is disposed in the channel so that the fluid can penetrate the fluid. And a porous conductor having a porosity, and an electrode electrically connected to the porous conductor, wherein one surface of the porous conductor is exposed in the channel.

본 실시예의 바이오 센서에 의하면, 타겟과 접촉하는 면적이 향상되어 검출 한도 특성이 향상된다는 특징을 가지며, 제조 공정 단순화 및 낮은 제조 단가를 가져 경제성이 높다는 장점이 제공된다.According to the biosensor of the present embodiment, the area in contact with the target is improved to improve the detection limit characteristic, and the advantage is that the economy is high due to the simplification of the manufacturing process and the low manufacturing cost.

도 1은 본 실시예에 의한 바이오 센서의 투시도이다.
도 2는 도 1로 도시된 실시예의 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 의한 바이오 센서의 사시도이다.
도 4는 도 3로 도시된 실시예의 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 의한 바이오 센서의 사시도이고,
도 6은 도 5로 도시된 실시예의 단면도이다.
도 7은 미세 구조물의 표면에 다공성 전도체가 형성된 상태를 도시한 현미경 사진이다.
도 8은 프로브 결합 유무를 확인하기 위하여 프로브로 항체를 사용하고, 항체에 금 나노입자를 부착한 후, 코팅된 미세 구조물에 배치한 상태를 촬영한 SEM 현미경 사진이다.1 is a perspective view of a biosensor according to the present embodiment.
2 is a cross-sectional view of the embodiment shown in FIG. 1.
3 is a perspective view of a biosensor according to another embodiment.
4 is a cross-sectional view of the embodiment shown in FIG. 3.
5 is a perspective view of a biosensor according to another embodiment;
6 is a cross-sectional view of the embodiment shown in FIG. 5.
7 is a micrograph showing a state in which a porous conductor is formed on the surface of a microstructure.
8 is an SEM micrograph of a state in which an antibody is used as a probe to confirm the binding of a probe, gold nanoparticles are attached to the antibody, and then placed on a coated microstructure.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예에 의한 바이오 센서의 실시예들을 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the biosensor according to the present embodiment.

제1 First 실시예Example

도 1은 본 실시예에 의한 바이오 센서의 투시도이고, 도 2는 도 1로 도시된 실시예의 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 바이오 센서(1)는 타겟을 포함하는 유체(fluid)가 흐르는 채널(channel, C)과, 유체 내의 타겟(target)과 특이적으로 반응하는 프로브(probe)를 포함하고, 채널(C) 내에 배치되어 유체가 스며들 수 있도록 다공성(porosity)을 가지는 다공성 전도체(100) 및 다공성 전도체(100)와 전기적으로 연결된 전극(200)을 포함하며, 채널(C)의 적어도 일부는 다공성 전도체(100)에 의하여 메워진다.1 is a perspective view of a biosensor according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the embodiment shown in FIG. 1. 1 and 2, the biosensor 1 according to the present embodiment specifically reacts with a channel (C) through which a fluid including a target flows, and a target in the fluid. Comprising a probe (probe), and disposed in the channel (C) comprises a porous conductor having a porosity (porosity) so that the fluid can penetrate; and an electrode 200 electrically connected to the porous conductor 100, At least a portion of the channel C is filled by the porous conductor 100.

본 실시예에서, 검출 대상인 타겟은 유체(fluid)에 포함되어 채널(C)로 제공된다. 도시된 실시예에서 채널(C)은 기판(sub), 스페이서(S) 및 커버(T)로 정의된 모세관일 수 있다. 타겟이 포함된 유체가 채널(C)의 일단에 제공되면 유체는 모세관 현상에 의하여 채널(C)의 타단으로 이동할 수 있다. In the present embodiment, the target to be detected is included in the fluid and provided to the channel C. In the illustrated embodiment, the channel C may be a capillary tube defined by a substrate sub, a spacer S and a cover T. When the fluid including the target is provided at one end of the channel C, the fluid may move to the other end of the channel C by capillary action.

기판(sub) 및 커버(T)는 채널(C)의 일부를 정의한다. 일 실시예로, 기판(sub) 및 커버(T)는 유체와의 상호 작용을 감소시킬 수 있는 고분자 중합체(polymer)로 형성될 수 있으며, 일 예로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)로 형성될 수 있다. The substrate sub and the cover T define part of the channel C. In one embodiment, the substrate (sub) and the cover (T) may be formed of a polymer that can reduce the interaction with the fluid, for example, formed of polyethylene terephthalate (PET) Can be.

기판(sub) 및/또는 커버(T)에서 유체와 접촉하는 부분은 모세관 현상을 촉진하도록 친수성 표면 처리될 수 있다. 도 1로 예시된 실시예와 같이 커버(T)에서 적어도 유체와 직접 접촉하는 면은 친수성 막(hydrophilic film, F)으로 코팅될 수 있다. 도시되지 않은 실시예에 의하면, 기판(sub)에서 적어도 유체와 접촉하는 면은 친수성 막으로 코팅될 수 있다. 다른 예로, 기판 및/또는 커버에서 적어도 유체와 접촉하는 면의 부분은 친수성으로 표면 개질될 수 있다.Portions of the substrate sub and / or cover T in contact with the fluid may be hydrophilic surface treated to promote capillary action. As in the embodiment illustrated by FIG. 1, at least the surface in direct contact with the fluid in the cover T may be coated with a hydrophilic film (F). In an embodiment not shown, at least the surface in contact with the fluid in the substrate sub may be coated with a hydrophilic film. As another example, at least a portion of the surface in contact with the fluid in the substrate and / or cover may be surface modified to be hydrophilic.

스페이서(S)는 기판(sub) 및 커버(T)와 함께 채널(C)의 일부를 정의한다. 일 실시예로, 스페이서(S)는 유체에 의한 부식 반응 등의 상호 작용을 최소화하는 부재로 형성될 수 있으며, 일 예로, 고분자 중합체 막(polymer film)의 상면과 하면에 접착제(adhesive)가 부착된 부재일 수 있다. The spacer S defines a part of the channel C together with the substrate sub and the cover T. In one embodiment, the spacer (S) may be formed of a member that minimizes interaction such as a corrosion reaction by the fluid, for example, an adhesive is attached to the upper and lower surfaces of the polymer film (polymer film) It may be a member.

전극(200)은 다공성 전도체(100)와 전기적으로 연결된다. 일 예로, 전극(200)은 신호원(미도시)이 제공한 전기적 신호를 제공받아 다공성 전도체(100)에 전달하고, 다공성 전도체(100)로부터 전기적 신호를 전달받아 리드 아웃 회로(read-out circuitry, 미도시)에 제공한다.The electrode 200 is electrically connected to the porous conductor 100. For example, the electrode 200 receives an electrical signal provided by a signal source (not shown) and transmits the electrical signal to the porous conductor 100, and receives an electrical signal from the porous conductor 100 to read-out circuitry. , Not shown).

전극(200)은 기판(sub)에 배치될 수 있으며, 일 실시예로, 전극(200)은 은(silver)을 포함하는 물질로 실크 스크린, 잉크젯 프린팅 등의 방법으로 기판에 인쇄되어 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 전극(200)은 전도성 금속(conductive metal)일 수 있으며, 기판(sub)상에 스퍼터링(sputtering) 후, 패터닝 과정을 수행하여 형성될 수 있다.The electrode 200 may be disposed on the substrate sub, and in one embodiment, the electrode 200 may be formed by being printed on the substrate by a silk screen or inkjet printing method using a material including silver. have. In another embodiment, the electrode 200 may be a conductive metal, and may be formed by sputtering on a substrate sub and then performing a patterning process.

다공성 전도체(porous conduction structure, 100)는 타겟을 포함하는 유체가 스며들 수 있도록 다공성(porosity)을 가질 수 있다. 다공성 전도체(100)는 미세 구조물과 미세 구조물을 코팅하는 전도성 중합체(conductive polymer) 및 전도성 중합체 상에 배치된 프로브(probe)를 포함할 수 있다.The porous conduction structure 100 may have a porosity to allow the fluid containing the target to permeate. The porous conductor 100 may include a microstructure and a conductive polymer coating the microstructure and a probe disposed on the conductive polymer.

일 실시예로, 미세 구조물은 다공성을 가지는 부직포일 수 있다. 부직포(不織布)는 열과 수지를 이용하여 미세 섬유가 서로 얽히도록 처리하여 천의 형태로 형성한 것을 의미한다. 부직포를 형성하는 미세 섬유는 서로 얽혀 있는 상태에서 경화되어 다공성을 가진다.In one embodiment, the microstructure may be a nonwoven fabric having a porosity. Non-woven fabric (不 織布) means that the fine fibers are formed in the form of cloth by intertwining the fine fibers using heat and resin. The fine fibers forming the nonwoven fabric are cured in an intertwined state to have porosity.

다른 실시예로, 미세 구조물은 미세 섬유인 MFC(Microfibrilated Cellulose) 구조물일 수 있다. 일 예로, 용액 내 분산된 MFC 섬유에 PEO(polyethylene oxide)등의 바인더(binder)를 첨가한 후, 이를 인쇄하여 목적하는 형태의 MFC 미세 구조물을 형성할 수 있다. 일 예로, 인쇄 과정은 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 등의 방법으로 수행될 수 있다.In another embodiment, the microstructures may be microfibrilated cellulose (MFC) structures that are microfibers. For example, a binder such as polyethylene oxide (PEO) may be added to the MFC fibers dispersed in the solution, and then printed to form an MFC microstructure having a desired shape. For example, the printing process may be performed by screen printing, inkjet printing, or the like.

전도성 중합체는 부직포 또는 MFC 등의 미세 구조물을 코팅하며, PEDOT, PEDOT:PSS, C4-PEDOT-COOH, C4-PEDOT-COOH:PSS 등의 전도성을 가지는 폴리머(polymer) 물질일 수 있다. 전도성 중합체로 코팅된 미세 구조물의 표면에는 바이오 센서로 검출하고자 하는 프로브가 배치될 수 있다. The conductive polymer may coat a microstructure such as nonwoven fabric or MFC, and may be a polymer material having conductivity such as PEDOT, PEDOT: PSS, C 4 -PEDOT-COOH, C 4 -PEDOT-COOH: PSS, and the like. The probe to be detected by the biosensor may be disposed on the surface of the microstructure coated with the conductive polymer.

일 예로, 프로브는 바이오 센서를 이용하여 검출하고자 하는 타겟(T)과 특이적으로 반응하는 물질일 수 있다. 일 실시예에서, 타겟이 특정한 염기 서열을 가지는 디옥시리보핵산(DNA, deoxyribonucleic acid)이라면, 프로브는 타겟의 염기 서열과 상보적 반응(complementary binding)하는 서열을 가지는 물질이다. 타겟이 리보핵산(RNA, ribonucleic Acid), 단백질(protein), 호르몬(hormone), 항원(antigen)이라면, 이들 각각의 RNA, 단백질, 호르몬 및 항원과 특이적으로 반응하는 물질을 프로브로 사용할 수 있다.For example, the probe may be a material that specifically reacts with the target T to be detected using the biosensor. In one embodiment, if the target is deoxyribonucleic acid (DNA) having a specific base sequence, the probe is a substance having a sequence complementary to the base sequence of the target (complementary binding). If the target is ribonucleic acid (RNA), protein, hormone, or antigen, a substance that specifically reacts with each of these RNA, protein, hormone and antigen can be used as a probe. .

도 1 및 도 2를 참조하여 본 실시예에 의한 바이오 센서의 동작을 살펴본다. 채널(C)의 일단에 타겟을 포함하는 용액(fluid)을 제공한다. 용액은 일 예로, 버퍼 용액, 증류수 등일 수 있으며, 검출하고자 하는 타겟, 버퍼 등에 따라 달라질 수 있다. The operation of the biosensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. At one end of channel C, a solution containing a target is provided. The solution may be, for example, a buffer solution, distilled water, or the like, and may vary depending on a target, a buffer, and the like to be detected.

일 실시예에서, 채널(C)의 일단에 제공된 용액은 채널(C)의 모세관 현상에 의하여 흡인될 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 채널(C)의 일단과 타단은 순환 기기(circulation apparatus, 미도시)와 연결될 수 있으며, 용액은 순환 기기에 의하여 가압되어 채널(C)내를 이동할 수 있다.In one embodiment, the solution provided at one end of channel C may be aspirated by the capillary action of channel C. In another embodiment, one end and the other end of the channel C may be connected to a circulation apparatus (not shown), and the solution may be pressurized by the circulating apparatus to move in the channel C.

용액은 채널(C) 내부의 다공성 전도체(100)로 유입된다. 다공성 전도체(100)의 표면과 내부에는 프로브가 배치되어 있어 용액 내의 타겟과 특이적으로 반응한다. 프로브와 타겟이 특이적으로 반응하면 미세 구조물의 표면에 코팅된 전도성 중합체의 전기적 특성에 영향을 미친다. 일 예로, 프로브와 타겟이 반응하면 타겟이 지닌 전기적 특성에 의하여 전도성 중합체의 전기적 특성이 영향을 받고, 전도성 중합체에 흐르는 전류, 전압 및 전도성 중합체의 전기 저항 중 어느 하나 이상의 요소가 영향을 받을 수 있다. The solution enters the porous conductor 100 inside the channel C. Probes are disposed on the surface and the inside of the porous conductor 100 to specifically react with the target in the solution. Specific reaction of the probe with the target affects the electrical properties of the conductive polymer coated on the surface of the microstructure. For example, when the probe and the target react, the electrical properties of the conductive polymer may be affected by the electrical properties of the target, and any one or more of the current, voltage, and electrical resistance of the conductive polymer flowing through the conductive polymer may be affected. .

일 예로, 타겟이 지닌 전하에 의하여 전도성 중합체의 전기적 특성을 변화시킬 수 있으며, 다른 예로, 프로브와 타겟의 반응에 의하여 산화/환원 반응에 의한 패러데이 전류가 감소하거나 증가할 수 있어 전도성 중합체에 흐르는 전류, 전압 및 전도성 중합체의 전기 저항 중 어느 하나의 요소에 영향을 미칠 수 있다.For example, the electrical properties of the conductive polymer may be changed by the charge of the target. In another example, the Faraday current due to the oxidation / reduction reaction may decrease or increase due to the reaction between the probe and the target, and thus the current flowing through the conductive polymer. The influence of any one of the voltage, the electrical resistance of the conductive polymer and the voltage.

전극(200)과 전기적으로 연결된 신호원(미도시)과 리드 아웃 회로(미도시)에 의하여 다공성 전도체(100)의 전기적 특성의 변화를 검출할 수 있다. 일 예로, 타겟 도입 전후 다공성 전도체(100)의 전기적 저항 변화를 검출할 수 있다. 다른 예로, 타겟 도입 전후 다공성 전도체(100)을 통하여 흐르는 전류 및/또는 전압의 변화를 검출할 수 있다. 리드 아웃 회로(미도시)는 검출한 전기적 특성 변화를 이용하여 용액 내 타겟의 유무, 타겟의 농도 등을 검출할 수 있다. A change in electrical characteristics of the porous conductor 100 may be detected by a signal source (not shown) and a lead-out circuit (not shown) electrically connected to the electrode 200. As an example, a change in electrical resistance of the porous conductor 100 before and after introduction of the target may be detected. As another example, a change in current and / or voltage flowing through the porous conductor 100 before and after introduction of the target may be detected. The readout circuit (not shown) may detect the presence or absence of the target in the solution, the concentration of the target, and the like using the detected electrical characteristic change.

제2 실시예Second embodiment

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 의한 바이오 센서의 제2 실시예들을 설명한다. 다만, 간결하고 명확한 설명을 위하여 위에서 설명된 내용과 동일하거나 유사한 사항에 대하여는 설명을 생략할 수 있다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a second embodiment of the biosensor according to the present invention. However, for the sake of brevity and clarity, descriptions of the same or similar matters as described above may be omitted.

도 3은 본 실시예에 의한 바이오 센서의 투시도이고, 도 4는 도 3로 도시된 실시예의 단면도이다. 도 5는 본 실시예에 의한 바이오 센서의 투시도이고, 도 6은 도 5로 도시된 실시예의 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 바이오 센서는 타겟을 포함하는 유체(fluid)가 흐르는 채널(channel, C)과, 유체 내의 타겟과 특이적으로 반응하는 프로브(probe)를 포함하고, 채널 내에 배치되어 유체가 스며들 수 있도록 다공성(porosity)을 가지는 다공성 전도체(100) 및 다공성 전도체와 전기적으로 연결된 전극을 포함하며, 다공성 전도체의 일면은 채널 내에 노출된다. 도 5 및 도 6로 도시된 실시예에 의하면 다공성 전도체(100)의 일면 및 타면이 채널(C) 내에 노출될 수 있다.3 is a perspective view of the biosensor according to the present embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the embodiment shown in FIG. 3. 5 is a perspective view of the biosensor according to the present embodiment, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the embodiment shown in FIG. 5. 3 and 4, the biosensor according to the present embodiment includes a channel (C) through which a fluid including a target flows, and a probe that reacts specifically with the target in the fluid. And a porous conductor 100 having a porosity and disposed in the channel to allow fluid to penetrate, and an electrode electrically connected to the porous conductor, wherein one surface of the porous conductor is exposed in the channel. 5 and 6, one side and the other side of the porous conductor 100 may be exposed in the channel C. Referring to FIGS.

도 3 및 도 4로 예시된 실시예에 의하면, 다공성 전도체(100)은 기판(sub)의 표면에 위치하며, 일면을 채널(C) 내에 노출할 수 있다. 일 실시예로, 다공성 전도체(100)는 프로브를 포함하며, 전도성 중합체가 코팅된 MFC로, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 등의 방법으로 인쇄되어 배치될 수 있다. 다른 실시예로, 다공성 전도체(100)는 프로브를 포함하며, 전도성 중합체가 코팅된 부직포일 수 있으며, 재단되어 기판 상에 배치될 수 있다. 3 and 4, the porous conductor 100 may be located on the surface of the substrate sub, and one surface thereof may be exposed in the channel C. Referring to FIG. In one embodiment, the porous conductor 100 is a MFC coated with a conductive polymer, including a probe, may be printed and disposed by inkjet printing, screen printing, and the like. In another embodiment, the porous conductor 100 may comprise a probe, may be a nonwoven fabric coated with a conductive polymer, and may be cut and placed on a substrate.

일 예로, 다공성 전도체(100)는 전극(200)과 직접 전기적으로 연결될 수 있으며, 다공성 전도체(100)는 도 3 및 도 4로 예시된 실시예와 같이 도전성 페이스트(300)를 통하여 전극(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. For example, the porous conductor 100 may be directly and electrically connected to the electrode 200, and the porous conductor 100 may be connected to the electrode 200 through the conductive paste 300 as illustrated in FIGS. 3 and 4. And can be electrically connected.

본 실시예에 의하면 채널(C) 내에 타겟을 포함하는 유체가 다공성 전도체와 접촉하지 않고 흐를 수 있는 공간이 제공되어 단위 시간당 흐르는 유체의 양을 증가시킬 수 있으며, 그로부터 큰 부피의 유체 내의 타겟을 신속하게 검출할 수 있다는 장점이 제공된다. 나아가, 유체는 다공성 전도체(100)의 내부로 침투하므로, 타겟과의 반응 횟수를 향상시켜 검출 한도 특성을 향상시킬 수 있다. According to this embodiment, a space is provided in the channel C to allow the fluid containing the target to flow without contacting the porous conductor, thereby increasing the amount of fluid flowing per unit time, thereby rapidly targeting the target in the large volume of fluid. The advantage is that it can be detected easily. Furthermore, since the fluid penetrates into the inside of the porous conductor 100, the detection limit characteristic may be improved by improving the number of reactions with the target.

도 5, 도 6로 예시된 실시예에 의하면, 다공성 전도체(100)의 일면과 타면이 채널(C) 내에 노출되도록 배치될 수 있다. 일 실시예로, 다공성 전도체(100)는 프로브를 포함하며, 전도성 중합체가 코팅되고 판상으로 경화된 MFC 구조체일 수 있다. 다른 실시예로, 다공성 전도체(100)는 프로브를 포함하며, 전도성 중합체가 코팅된 부직포일 수 있으며, 재단되어 기판 상에 배치될 수 있다. 다공성 전도체(100)는 일 예로, 전극(200)과 예시된 실시예와 같이 도전성 페이스트(300)를 통하여 전극(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.According to the embodiment illustrated in FIGS. 5 and 6, one surface and the other surface of the porous conductor 100 may be disposed to be exposed in the channel (C). In one embodiment, the porous conductor 100 may comprise a probe and may be a MFC structure coated with a conductive polymer and cured into a plate. In another embodiment, the porous conductor 100 may comprise a probe, may be a nonwoven fabric coated with a conductive polymer, and may be cut and placed on a substrate. For example, the porous conductor 100 may be electrically connected to the electrode 200 through the conductive paste 300 as in the illustrated embodiment with the electrode 200.

본 실시예에 의하면 채널(C) 내에 타겟을 포함하는 유체가 다공성 전도체와 접촉하지 않고 흐를 수 있는 공간이 제공되어 단위 시간당 흐르는 유체의 양을 증가시킬 수 있다. 또한, 다공성 전도체(100)의 일면과 타면이 유체와 접촉하므로, 유체와의 접촉 면적 증가로 인한 타겟과의 반응 횟수를 증가시킬 수 있고, 검출 한도 특성을 향상시킬 수 있다는 장점이 제공된다.According to the present embodiment, a space in which the fluid including the target may flow in the channel C without contacting the porous conductor may be provided to increase the amount of fluid flowing per unit time. In addition, since the one surface and the other surface of the porous conductor 100 is in contact with the fluid, it is possible to increase the number of reactions with the target due to the increase in the contact area with the fluid, it is provided with the advantage that the detection limit characteristics can be improved.

다공성 전도체 형성Porous Conductor Formation

이하에서는 미세 구조물에 전도성 중합체를 코팅하고, 프로브를 배치하여 다공성 전도체를 형성하는 실시예를 설명한다. C4-PEDOT-COOH를 미세 구조물에 코팅하는 실시예는 다음과 같다. 아래의 화학식 1과 같이 하이드록시메틸 EDOT(Hydroxymethyl EDOT, EDOT-OH, CAS number:146796-02-3)을 전구체로 하여 C4-EDOT-COOH를 합성한다. 일 실시예로, 5 ml의 CH2Cl2 용매에 238 mg의 숙신산 무수물(succinyl anhydride), 12.3 mg의 DMAP, 0.25 ml의 트라이에틸 아민(triethyl amine)을 용해시킨 용액을 12 ml의 CH2Cl2 용매에 230 mg의 EDOT-OH를 용해시킨 용액에 천천히 첨가한 후 12 시간 이상 반응시킨다. 반응물 부피 기준 3배의 부피에 해당하는 10% HCl 용액과 증류수로 차례로 세척한다. 세척 후 남은 수용액을 제거하고 감압하고, 용매를 증발시켜 황갈색의 기름 제형의 C4-EDOT-COOH를 얻는다.Hereinafter, an embodiment in which a conductive polymer is coated on a microstructure and a probe is disposed to form a porous conductor will be described. Examples of coating a C 4 -PEDOT-COOH in the microstructure is as follows. As shown in Chemical Formula 1, C 4 -EDOT-COOH is synthesized using hydroxymethyl EDOT (Hydroxymethyl EDOT, EDOT-OH, CAS number: 146796-02-3) as a precursor. In one embodiment, a solution of 238 mg of succinyl anhydride, 12.3 mg of DMAP, 0.25 ml of triethyl amine in 5 ml of CH 2 Cl 2 solvent is dissolved in 12 ml of CH 2 Cl. 2 Slowly add 230 mg of EDOT-OH in a solvent and react for 12 hours or more. It is washed sequentially with 10% HCl solution and distilled water corresponding to three times the volume of the reactants. The remaining aqueous solution after washing is removed, depressurized and the solvent is evaporated to give C 4 -EDOT-COOH of a tan oily formulation.

Figure 112017120292705-pat00001
Figure 112017120292705-pat00001

합성된 C4-EDOT-COOH에 염화구리(copper chloride, CuCl) 또는 과염소산철(Iron perchlorate, Fe(ClO4)3) 등의 산화제로 중합하여 C4-PEDOT-COOH를 형성하고, 미세 구조물의 표면을 코팅한다. 다만, 1 g/ml을 초과하는 고농도 산화제로 1 시간 이상 장시간 중합 반응을 수행하면 도 7에서 (a)로 도시된 바와 같이 미세 구조물의 표면에 다공성 전도체가 과량 형성된다. 또한, 고농도의 산화제로 1 시간 이내로 중합 반응을 수행하는 경우에도 도 7에서 (b)로 도시된 바와 같이 미세 구조물의 표면에 다공성 전도체가 과량 형성된다. 과량으로 형성된 합성된 다공성 전도체는 비타겟 물질과의 비선택적, 물리적 결합을 촉진하므로 바이오 센서의 민감도 및 선택도를 감소시킬 수 있다. C4-PEDOT-COOH를 미세 구조물의 표면에만 균일하게 합성하기 위하여 1 g/ml 이하의 저농도 산화제로 1 시간 이내로 반응을 수행한다. 결과적으로, 도 4(c)로 도시된 바와 같이, C4-PEDOT-COOH가 미세 구조물의 표면에만 균일하게 합성되며 이외의 공간에는 합성되지 않는 것을 확인할 수 있다. The synthesized C 4 -EDOT-COOH was polymerized with an oxidizing agent such as copper chloride (CuCl) or iron perchlorate (Fe (ClO 4 ) 3 ) to form C 4 -PEDOT-COOH. Coating the surface. However, when the polymerization reaction is performed for a long time with a high concentration oxidizing agent exceeding 1 g / ml for 1 hour or more, an excessive amount of porous conductor is formed on the surface of the microstructure as shown in FIG. In addition, even when the polymerization reaction is performed within one hour with a high concentration of the oxidizing agent, an excessive amount of the porous conductor is formed on the surface of the microstructure as shown in (b) of FIG. 7. Synthetic porous conductors formed in excess can promote non-selective, physical bonding with non-target materials, thereby reducing the sensitivity and selectivity of the biosensor. In order to uniformly synthesize C 4 -PEDOT-COOH only on the surface of the microstructure, the reaction is performed within 1 hour with a low concentration of oxidizing agent of 1 g / ml or less. As a result, as shown in Figure 4 (c), it can be seen that C 4 -PEDOT-COOH is uniformly synthesized only on the surface of the microstructure and not synthesized in other spaces.

PEDOT을 미세 구조물에 코팅하는 실시예는 다음과 같다. 전구체 EDOT을 염화구리(copper chloride, CuCl) 또는 과염소산철(Iron perchlorate, Fe(ClO4)3) 등의 산화제로 중합 반응을 수행하여 PEDOT을 형성하고, 부직포 또는 MFC에 코팅을 수행할 수 있다. 반응 조건은 상기한 반응 조건과 유사할 수 있다.An example of coating the PEDOT on the microstructure is as follows. The precursor EDOT may be polymerized with an oxidizing agent such as copper chloride (CuCl) or iron perchlorate (Fe (ClO 4 ) 3 ) to form PEDOT, and may be coated on a nonwoven fabric or MFC. The reaction conditions may be similar to the reaction conditions described above.

미세 구조물의 표면에 전도성 중합체가 코팅된 후, NHS/EDC 반응을 수행하여 프로브를 코팅된 미세 구조물의 표면에 결합시킨다. 도 8은 프로브 결합 유무를 확인하기 위하여 프로브로 항체를 사용하고, 항체에 금 나노입자를 부착한 후, 코팅된 미세 구조물에 배치한 상태를 촬영한 SEM 현미경 사진이다. 도 8을 참조하면, 전도성 중합체가 코팅된 미세 구조물의 표면에 금나노 입자가 부착된 것을 확인할 수 있다.After the conductive polymer is coated on the surface of the microstructure, the NHS / EDC reaction is performed to bond the probe to the surface of the coated microstructure. 8 is an SEM micrograph of a state in which an antibody is used as a probe to confirm the binding of a probe, gold nanoparticles are attached to the antibody, and then placed on a coated microstructure. Referring to FIG. 8, it can be seen that gold nanoparticles are attached to the surface of the microstructure coated with the conductive polymer.

본 실시예에 의한 바이오 센서는 종래 기술에 비하여 반응 표면적이 크다. 따라서, 타겟의 검출 특성을 향상시킬 수 있으며, 프린팅 혹은 기계적 재단의 방법으로 형성할 수 있어 생산 공정의 간소화 및 생산 비용을 절감할 수 있다는 장점이 제공된다.The biosensor according to this embodiment has a larger response surface area than the prior art. Therefore, the detection characteristics of the target can be improved and can be formed by printing or mechanical cutting, thereby providing the advantage of simplifying the production process and reducing the production cost.

100: 다공성 전도체 200: 전극
300: 도전성 페이스트 sub: 기판
T: 상부 커버 F: 친수성 필름
S: 스페이서 C: 채널100: porous conductor 200: electrode
300: conductive paste sub: substrate
T: top cover F: hydrophilic film
S: Spacer C: Channel

Claims (14)

타겟을 포함하는 유체(fluid)가 흐를 수 있는 채널(channel);
상기 유체 내의 타겟과 특이적으로 반응하는 프로브(probe)를 포함하고, 상기 채널 내에 배치되어 상기 유체가 스며들 수 있도록 다공성(porosity)을 가지는 다공성 전도체 및
상기 다공성 전도체와 전기적으로 연결된 전극을 포함하며,
상기 채널은 적어도 일부가 상기 다공성 전도체로 메워지고,
상기 채널은, 상기 채널의 저면을 형성하는 기판과, 상기 채널의 측면을 형성하는 스페이서와, 상기 채널의 상면을 형성하는 덮개(cover)로 적어도 일부가 정의되는 모세관이며, 상기 채널의 적어도 일부 면은 친수성을 가지고,
상기 다공성 전도체는 다공성 부직포와, 상기 다공성 부직포에 코팅된 전도성 중합체(conductive polymer)를 포함하며, 상기 전도성 중합체는 C4-PEDOT-COOH인 바이오 센서.A channel through which fluid containing the target can flow;
A porous conductor comprising a probe that specifically reacts with a target in the fluid, the porous conductor having a porosity disposed in the channel to allow the fluid to permeate;
An electrode electrically connected with the porous conductor,
The channel is at least partially filled with the porous conductor,
The channel is a capillary tube at least partially defined by a substrate forming a bottom surface of the channel, a spacer forming a side surface of the channel, and a cover forming an upper surface of the channel, and at least part of the channel. Has hydrophilicity,
The porous conductor includes a porous nonwoven fabric and a conductive polymer coated on the porous nonwoven fabric, wherein the conductive polymer is C4-PEDOT-COOH. 제1항에 있어서,
상기 다공성 전도체는 상기 프로브와 상기 타겟 결합시 전기적 특성이 변화하는 바이오 센서.The method of claim 1,
The porous conductor is a biosensor that changes the electrical properties when the probe and the target is coupled. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 다공성 전도체는 상기 전극과 직접 접촉하여 전기적으로 연결되는 바이오 센서.The method of claim 1,
And the porous conductor is electrically connected in direct contact with the electrode. 삭제delete 타겟을 포함하는 유체(fluid)가 흐를 수 있는 채널(channel);
상기 유체 내의 상기 타겟과 특이적으로 반응하는 프로브(probe)를 포함하고, 상기 채널 내에 배치되어 상기 유체가 스며들 수 있도록 다공성(porosity)을 가지는 다공성 전도체 및
상기 다공성 전도체와 전기적으로 연결된 전극을 포함하며,
상기 다공성 전도체의 일면 및 타면은 상기 채널 내에 노출되어 상기 채널을 분할하며,
상기 채널은, 상기 채널의 저면을 형성하는 기판과, 상기 채널의 측면을 형성하는 스페이서와, 상기 채널의 상면을 형성하는 덮개(cover)로 적어도 일부가 정의되는 모세관이며, 상기 채널의 적어도 일부 면은 친수성을 가지고,
상기 다공성 전도체는 다공성 부직포와, 상기 다공성 부직포에 코팅된 전도성 중합체(conductive polymer)를 포함하며, 상기 전도성 중합체는 C4-PEDOT-COOH인 바이오 센서.A channel through which fluid containing the target can flow;
A porous conductor comprising a probe that reacts specifically with the target in the fluid, the porous conductor having a porosity disposed in the channel to allow the fluid to permeate;
An electrode electrically connected with the porous conductor,
One side and the other side of the porous conductor are exposed in the channel to divide the channel,
The channel is a capillary tube at least partially defined by a substrate forming a bottom surface of the channel, a spacer forming a side surface of the channel, and a cover forming an upper surface of the channel, and at least part of the channel. Has hydrophilicity,
The porous conductor includes a porous nonwoven fabric and a conductive polymer coated on the porous nonwoven fabric, wherein the conductive polymer is C4-PEDOT-COOH. 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 다공성 전도체는 상기 프로브와 상기 타겟 결합시 전기적 특성이 변화하는 바이오 센서.The method of claim 8,
The porous conductor is a biosensor that changes the electrical properties when the probe and the target is coupled. 제8항에 있어서,
상기 프로브는
상기 다공성 전도체의 표면 및 내부에 위치하는 바이오 센서. The method of claim 8,
The probe is
Biosensor located on the surface and the inside of the porous conductor. 삭제delete 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 다공성 전도체는 전도성 매개체를 통하여 상기 전극과 전기적으로 연결되는 바이오 센서.
The method of claim 8,
And the porous conductor is electrically connected to the electrode through a conductive medium.
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